一种锂离子电池极片结构的制作方法

1.本实用新型涉及锂电池技术领域，涉及锂电池的温度控制，具体涉及一种锂离子电池极片结构。


背景技术：

2.三元材料体系电池在高电压下或者在高温的条件下，容易产气从而引起电池故障。导致电池内部温度升高的原因主要有两种，其一中外界环境的温度，其二是电池内部的产热。为了降低电池的温度从而提高电池寿命，文献cn111509285a公开了一种电池及制作电池的方法，电池包括壳体、电芯和至少一个空心管。将至少一个空心管贯穿电池的电芯和壳体，并与电池的壳体密封连接。至少一个空心管设置在电池热量集中区域的附近，使得电池热量集中区域的热量可以通过至少一个空心管快速到达电池壳体，从而加快电池热量集中区域的散热，同时，至少一个空心管也可以增加散热面的面积，加速散热，降低电池温度，增加电池使用寿命。另外，至少一个空心管还可以增强壳体的强度，提升电池的抗冲击能力，延长电池的使用寿命。但是，上述技术方案减少了电池内的电芯大小，影响电池的容量，同时加工方式复杂。
3.文献cn212033085u公开了一种锂电池的均温散热模块结构，包括电池芯及金属外壳。电池芯包括电池芯体及二电极片。金属外壳包含贴接电池芯体的散热面及框围散热面的边框，边框及散热面之间形成有凹向电池芯的缓冲空间，借此提供电池芯膨胀时所需的变形空间，借以维持锂电池的整体外观，并达到散热效果。但是，上述技术方案仅从电池芯外侧进行散热，无法将电池芯内部的温度导出，降低电池芯内部的温度。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的电池内部产生的热量难以导出的问题，本实用新型提供了一种锂离子电池极片结构。
5.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种锂离子电池极片结构，包括正极片、负极片，所述负极片包括位于同一基底的负极片非活性部、负极片活性部，所述负极片非活性部上固定连接有负极片极耳；
6.所述正极片包括位于同一基底的正极片非活性部、正极片活性部，所述正极片非活性部设置有至少两个，至少两个所述正极片非活性部被所述正极片活性部分隔，所述正极片第一极耳、正极片第二极耳分别与不同的所述正极片非活性部固定连接；
7.当所述正极片、负极片被设置于电池电芯中时，所述正极片第一极耳、负极片极耳设置于所述电芯的同一端，所述正极片第一极耳、正极片第二极耳设置于所述电芯的不同端。
8.所述正极片、负极片之间设置有隔膜，所述正极片、负极片、隔膜卷绕成电芯并设置于电池的外壳内。
9.所述正极片的基底材质为铝，所述正极片第一极耳、正极片第二极耳的材质为铝。
10.所述正极片的基底厚度为10um-20um。
11.所述正极片第二极耳厚度为10um-20um。
12.所述正极片第一极耳的厚度为60um-200um。
13.所述正极片第二极耳的长度为所述电芯的厚度加10mm-15mm。
14.所述正极片第二极耳与所述正极片非活性部的连接部设置有防短路护套。
15.所述防短路护套从所述正极片第二极耳的根部开始，包裹至距离所述正极片第二极耳的端部2-4mm为止。
16.所述负极片的基底材质为铜，所述负极片极耳的材质为镍。
17.所述负极片的基底厚度为4um-15um，所述负极片极耳的厚度为60um-200um。
18.本实用新型具有以下有益效果：通过在电池极片上设计一处或多处非活性部，通过非活性部收集电池热量，然后再将收集到的热量通过与非活性部连接的极耳传输到电池表面，及时的导出电池内部的热量，降低电池的使用环境温度，进而提高电池的高温性能。本专利的技术方案适用于钴酸锂体系、三元体系、锰酸锂体系等体系的电池，使用该方案可以将电池的使用环境提高5℃-15℃。
附图说明
19.图1为锂离子电池极片结构的一个实施例的负极片俯视图。
20.图2为图1所示的负极片的正视图。
21.图3为锂离子电池极片结构的一个实施例的正极片俯视图。
22.图4为图3所示的正极片的正视图。
23.图5为使用锂离子电池极片结构的电池的截面示意图。
24.图6为本实用新型的实施例与对比例的电池的高温循环测试结果曲线。
25.图7为为现有极片结构。
26.图中：1-1，负极片极耳；1-2，负极片非活性部；1-3，负极片活性部；2-1，正极片第一极耳；2-2，正极片非活性部，2-3，防短路护套；2-4，正极片第二极耳，2-5，正极片活性部；3-1，电芯外圈铝箔；3-2，隔膜；3-3，胶纸；4-1，现有极片极耳；4-2，现有极片活性部；4-3现有极片非活性部。
具体实施方式
27.下面，结合附图具体实施方式，对本实用新型作进一步描述。
28.需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下所描述的各个技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
29.如图1至图5所示，一种锂离子电池极片结构，包括正极片、负极片，其特征在于：所述负极片包括位于同一基底的负极片非活性部1-2、负极片活性部1-3，所述负极片非活性部1-2上固定连接有负极片极耳1-1；
30.所述正极片包括位于同一基底的正极片非活性部2-2、正极片活性部2-5，所述正极片非活性部2-2设置有至少两个，至少两个所述正极片非活性部2-2被所述正极片活性部2-5分隔，所述正极片第一极耳2-1、正极片第二极耳2-4分别与不同的所述正极片非活性部2-2固定连接；
31.使用上述极片，通过下述方式制作成电池电芯：所述正极片、负极片之间设置有隔膜3-2，所述正极片、负极片、隔膜卷绕成电芯并设置于电池的外壳内。进一步地，使用上述极片时，所述正极片第一极耳2-1、负极片极耳1-1设置于所述电芯的同一端，所述正极片第一极耳2-1、正极片第二极耳2-4设置于所述电芯的不同端。
32.在下列实施例中，采用如下的优选方案：
33.所述正极片第二极耳2-4与电芯外圈铝箔3-1连接，例如，图5所示，通过胶纸3-3将正极片第二极耳2-4粘贴至电芯外圈铝箔3-1。负极片的负极片极耳1-1、正极片的正极片第一极耳2-1在同一侧伸出电芯。
34.在所述负极片的负极片活性部1-3的两侧涂有负极活性化物，在所述负极片非活性部1-2未涂有负极活性化物；在所述正极片的所述正极片活性部2-5的两侧涂有正极活性化物，在所述正极片非活性部2-2处未涂有正极活性化物。
35.如图1-图2所示，负极片设置有一个负极片非活性部1-2，一个负极片活性部1-3；如图3-图4所示，正极片设置有两个正极片活性部2-5，三个正极片非活性部2-2，正极片活性部2-5与正极片非活性部2-2交替设置。
36.所述正极片的基底材质为铝，所述正极片第一极耳2-1、正极片第二极耳2-4的材质为铝；
37.所述正极片的基底厚度为10um-20um；
38.所述正极片第二极耳2-4厚度为10um-20um；
39.所述正极片第一极耳2-1的厚度为60um-200um；
40.所述正极片第二极耳2-4的长度为所述电芯的厚度加10mm-15mm；
41.所述正极片第一极耳2-1通过焊接的方式与所述正极片非活性部2-2连接；所述正极片第二极耳2-4通过焊接的方式与所述正极片非活性部2-2连接；此外，作为另一种实现方式，所述正极片与所述所述正极片第二极耳2-4还可以是所述正极片的基底的延申结构；
42.所述正极片第二极耳2-4设置于正极片的中间位置，所述正极片第一极耳2-1设置于正极片的边缘位置；
43.所述正极片第二极耳2-4与所述正极片非活性部2-2的连接部设置有防短路护套2-3；
44.所述防短路护套2-3从所述正极片第二极耳2-4的根部开始，包裹至距离所述正极片第二极耳2-4的端部2-4mm为止；
45.所述负极片的基底材质为铜，所述负极片极耳1-1的材质为镍；
46.所述负极片的基底厚度为4um-15um，所述负极片极耳1-1的厚度为60um-200um。
47.根据上述优选的锂离子电池极片结构，实施下述实施例与对比例。
48.为了比较多种材料体系下的极片结构的效果，首先使用如下方式进行多种体系浆料的制作，作为相应的正极片与负极片的活性部涂覆层。
49.1.通过下述步骤制作钴酸锂体系浆料：
50.1.1：将钴酸锂、sp、pvdf按96:2:2的比例进行混合；
51.1.2：取1.1中的干粉6kg，并加入到5l搅拌机内；
52.1.3：使用1000r的自转、20hz的公转进行搅拌1h；加入2kg的氮甲基吡咯烷酮nmp；
53.1.4：使用2000r的自转、30hz的公转进行真空搅拌2h；
54.1.5：使用500r的自转、5hz的公转进行真空搅拌1h；
55.2.通过下述步骤制作三元体系浆料：
56.2.1：将三元、sp、pvdf按96:2:2的比例进行混合；
57.2.2：取2.1中的干粉6kg，并加入到5l搅拌机内；
58.2.3：使用1000r的自转、20hz的公转进行搅拌1h；加入2kg的氮甲基吡咯烷酮nmp；
59.2.4：使用2000r的自转、30hz的公转进行真空搅拌2h；
60.2.5：使用500r的自转、5hz的公转进行真空搅拌1h；
61.3.通过下述步骤制作锰酸锂体系浆料：
62.3.1：将锰酸锂、sp、pvdf按96:2:2的比例进行混合；
63.3.2：取3.1中的干粉6kg，并加入到5l搅拌机内；
64.3.3：使用1000r的自转、20hz的公转进行搅拌1h；加入2kg的氮甲基吡咯烷酮nmp；
65.3.4：使用2000r的自转、30hz的公转进行真空搅拌2h；
66.3.5：使用500r的自转、5hz的公转进行真空搅拌1h；
67.4.通过下述步骤制作石墨负极体系浆料：
68.4.1：将石墨、sp、cmc按95:1:2的比例进行混合；
69.4.2：取4.1中的干粉8kg，并加入到15l搅拌机内；
70.4.3：使用1000r的自转、20hz的公转进行搅拌1h；加入8kg的去离子水；
71.4.4：使用2000r的自转、30hz的公转进行真空搅拌2h；加入0.16kg的sbr；
72.4.5：使用500r的自转、5hz的公转进行真空搅拌2h；
73.下列对比例与实施例之间除极片结构以及浆料体系不同外，其余特征均相同。
74.对比例1
75.使用钴酸锂体系浆料按图7所示的现有极片结构制作正极片，使用石墨负极体系浆料按图7所示的现有极片结构制作负极片，将正极片与负极片相匹配制作成电池。
76.对比例2
77.使用三元体系浆料按图7所示的现有极片结构制作正极片，使用石墨负极体系浆料按图7所示的现有极片结构制作负极片，将正极片与负极片相匹配制作成电池。
78.对比例3
79.使用锰酸锂体系浆料按图7所示的现有极片结构制作正极片，使用石墨负极体系浆料按图7所示的现有极片结构制作负极片，将正极片与负极片相匹配制作成电池。
80.实施例1
81.将对比例1中的正极片与负极片的极片结构替换为本实用新型的相应极片的结构，保持正极片与负极片的浆料不变，分别作为正极片与负极片的活性部，将正极片与负极片相匹配制作成电池。
82.实施例2
83.将对比例2中的正极片与负极片的极片结构替换为本实用新型的相应极片的结构，保持正极片与负极片的浆料不变，分别作为正极片与负极片的活性部，将正极片与负极片相匹配制作成电池。
84.实施例3
85.将对比例3中的正极片与负极片的极片结构替换为本实用新型的相应极片的结
构，保持正极片与负极片的浆料不变，分别作为正极片与负极片的活性部，将正极片与负极片相匹配制作成电池。
86.随后，对上述实施例与对比例所得到的电池进行30天存储性能测试，测试结果如下：
87.序号类别测试温度℃内阻变化厚度变化备注1对比例1608.5％2.62％无2对比例26010.7％3.32％无3对比例36013.7％3.65％无4实施例1602.0％0.40％无5实施例2603.8％0.40％无6实施例3604.5％1.30％无7实施例1704.1％1.20％无8实施例2708.7％2.40％无9实施例3703.8％3.87％无10实施例17510.9％2.93％无11实施例27512.6％4.72％无12实施例37514.2％22.36％轻微气胀
88.从上表中可知，在温度60℃的环境下，使用本实用新型的极片结构的电池相较于使用现有极片结构的电池，在存储后内阻变化和厚度变化均有明显降低，说明使用本实用新型的极片结构的电池的高温性能有所提高。同时，从上表中可以得知，当测试温度为60度或当温度进一步升高时，使用本实用新型的极片结构的电池，使用钴酸锂体系浆料的电池的高温性能提高效果最好，使用三元材料体系浆料的电池次之，使用锰酸锂体系浆料的电池最差。
89.对前述实施例和对比例进行高温循环测试，测试条件与测试结果曲线如图6所示：
90.根据图6，由对比例1、实施例1的测试数据可以得出，对于钴酸锂体系电池，使用本专利的极片结构所制作的电池的60℃循环测试结果与使用现有极片结构所制作的电池的45℃循环测试结果相近，因此，对于钴酸锂体系的电池来说，本专利的极片结构所制作的电池的高温性能能够提高15℃。
91.由对比例2、实施例2的测试数据可以得出，对于三元体系电池，使用本专利的极片结构所制作的电池的60℃循环测试结果略差于使用现有极片结构所制作的电池的45℃循环测试结果，使用本专利的极片结构所制作的电池的55℃循环测试结果略好于使用现有极片结构所制作的电池的45℃循环测试数据，因此，对于使用三元体系浆料的电池来说，使用本专利的极片结构所制作的电池的高温性能能够提高10℃-15℃。
92.由对比例3、实施例3的测试数据可以得出，对于锰酸锂体系电池，使用本专利的极片结构所制作的电池的55℃循环测试结果与使用现有极片结构所制作的电池的45℃循环测试结果相近，而使用本专利的极片结构所制作的电池的60度循环测试结果要差于使用现有极片结构所制作的电池的45℃循环测试数据，因此，对于锰酸锂体系电池来说，使用本专利的极片结构所制作的电池的高温性能能够提高10℃。
93.通过在电池极片上设计一处或多处非活性部，通过非活性部收集电池热量，然后
再将收集到的热量通过与非活性部连接的极耳传输到电池表面，及时的导出电池内部的热量，降低电池的使用环境温度，进而提高电池的高温性能。本专利的技术方案适用于钴酸锂体系、三元体系、锰酸锂体系等体系的电池，使用该方案可以将电池的使用环境提高5℃-15℃。
94.最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。